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1、第1章 电路的基本概念与基本规律,讲课老师：蒙自明 （物理与光电工程学院） ,0,课程内容,第1章 电路的基本概念与基本定律 第2章 电路的分析方法 第3章 电路的暂态分析 第4章 正弦交流电路 第5章 三相电路 第6章 磁路与铁心线圈电路 第7章 交流电动机 第10章 继电接触器控制系统,1,上册 电工技术：主要体现的是电能的使用和转化。内容偏重于电路分析，即计算电路中流动的电流，阻抗以及加在电阻中的电压等。如常用的欧姆定律、基尔霍夫电流定律等。涉及到的主要是强电的电路，即电压和电流的量级单位多为伏和安，这一类的电路也叫电气电路。 下册 电子技术：同样基于上册的电路分析方法，在电路中引入了半
2、导体器件，如二极管和三极管等。涉及到的电压和电流的量级单位多为毫伏和毫安，微安，所以是偏弱电的电路。这一类的电路也叫电子电路。,2,课程的学习方法,非电类专业学生学习电工学重在应用 多看教材和参考书籍 相互之间的讨论（同学之间，同学老师之间） 别期待着期末临时抱佛脚,平时：30%（作业和到课情况（没到超过3次，会明显影响平时成绩），课堂上会随机出现一些平时加分的问题） 考试：70%（期末闭卷统考） 作业教完一章交一次。（每节课后布置作业，作业本/纸） 课件（公共邮箱，教完一章放到邮箱）,3,参考资料,电路分析基础李瀚荪 编，高等教育出版社 图解电工学入门 OHM社 编， 科学出版社 2001
3、教材第七版序言罗列的立体化教材 ,麻省理工公开课：电路和电子学,NI Multisim 基于NI Multism 10的电路仿真与设计 姜三勇编 实例讲解 Multisim 10 电路仿真 程勇 编著 人民邮电出版社 2010年,4,课程的意义,Forrest Gump,“My momma always said, Life is like a box of chocolates. You never know what youre gonna get”,5,电与光,电缆,光缆,6,集成电路与集成光路,Intels Photonic Technology 2009 report,7,硅材料的全
4、光二极管,单向导电的特性,二极管,From Optics Express Vol. 19, Page 26948,8,纳米光子学（nanophotonics or nano-optics）,P. N. Prasad, “Nanophotonics,” Wiley 2004. L. Novotny and B. Hecht, “Principles of nano-optics,” Cambridge 2006,Nanophotonics or Nano-optics is the study of the behavior of light on the nanometer scale.,Wi
5、ki,9,第1章内容,1.1 电路的作用与组成部分,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.4 欧姆定律,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,10,本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。,11,1.1 电路的作用与组成部分,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。,日常生活中常见的电路？,？,12,1 电路的作用,(1) 实现电能的传输、分配与转换,
6、(2)实现信号的传递与处理,13,2电路的组成部分,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,14,2电路的组成部分,直流电源,直流电源: 提供能源,信号处理： 放大、调谐、检波等,负载,信号源: 提供信息,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,15,1. 2 电路模型,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,手电筒的电路模型,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模
7、型。,例：手电筒,电池,导线,灯泡,开关,手电筒由电池、灯 泡、开关和筒体组成。,16,符号,17,手电筒的电路模型,电池,导线,灯泡,开关,电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro；,灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；,筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,18,物理中对基本物理量规定的方向,1. 电路基本物理量的实际方向,1.3 电压和电流的参考方向,19,(2) 参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1) 参考方向,I,在
8、分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2. 电路基本物理量的参考方向,20,3 实际方向与参考方向的关系,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。,若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。,若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。,21,练习与思考,1.3.2,22,1.4 欧姆定律,U、I 参考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,表达式中有两套
9、正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；, U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同。,U = I R,U = IR,23,解：对图(a)有, U = IR,例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,24,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,25,1.4.2,1.4.3,练习与思考,I=-2 mA,5 V,20 V,-25 V,o,断开时：Uab=6 V, Ucd=0
10、 V,闭合时：Uab=0 V, Ucd=5.5 V,26,1.5 电源有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U = IR,特征:,1.5.1 电源有载工作, 电流的大小由负载决定。, 在电源有内阻时，I U 。,或 U = E IR0,当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,27,1.5.1 电源有载工作,开关闭合,接通电源与负载。,负载端电压,U = IR,特征:, 电流的大小由负载决定。, 在电源有内阻时，I U 。,或 U = E IRo,UI = EI IRo,P = PE P,负载 取用 功率,电源 产生 功率,内阻
11、 消耗 功率, 电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念: 负载增加指负载取用的 电流和功率增加(电压一定)。,28,电源与负载的判别,U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。,U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。,1. 根据 U、I 的实际方向判别,2. 根据 U、I 的参考方向判别,电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， （发出功率）；,负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （吸收功率）。,29,练习与思考,1.5.5,电源,负载,负载,电源,I=-1 A,电源,UR,+,-,I=-1 A,负
12、载,30,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I IN ，P PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),31,1.5.2 电源开路,特征:,开关 断开,1. 开路处的电流等于零； I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,32,1.5.3 电源短路,电源外部端子被短接,特征:,电源端电压,负载功率,电源产生的能量全被内阻消耗掉,短路电流（很大）,1. 短路处的电压等于零； U = 0 2. 短路
13、处的电流 I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,33,1.5.1,练习与思考,34,1. 6 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,I1,I2,I3,1,2,3,35,例：,支路：ab、bc、ca、 （共6条）,回路：abda、abca、 adbca （共7 个）,结点：a、 b、c、d (共4个）,36,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),即: 入= 出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。, 实质: 电流连续性的体现。,或: = 0,对结点 a：,I
14、1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,37,2推广,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,I =?,例:,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,38,例：图中，I1= 2A，I2= 3A， I3= 2A，试求I4。,解：由基尔霍夫电流定律可 列出：,注：例式中有两套正负号，I 前的正负号是由基尔霍夫电流定律根据电流的参考方向确定的，括号内数字前的则是表示电流本身数值的正负。,I1 I2 + I3 I4 = 0,2 （ 3）+（ 2） I4 = 0,得： I4 = 3A,39
15、,例,求图示电路中的电流 I .,解,3个交点合为1点，据KCL,40,练习与思考,不可能,I5=-8 A,41,练习与思考,Id=-13 mA,42,1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,即： U = 0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,1,2,基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一回
16、路中各段电压间相互制约的关系。,43,1列方程前标注回路循行方向；,电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,2应用 U = 0列方程时，项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,1,对回路1：,44,例：,对回路abda：,对回路acba：,对回路bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,对回路 adbca，沿逆时针方向循行：, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,应用 U = 0列方程,对回路 cadc，沿逆时针方向循行：, I2 R2 I1 R1 + E = 0,45,例：有一闭合回路如图所示，各支路 的元件是任意的，
